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Ein neuer Zeitraffer der ESA-Mission Proba-3 nimmt die Blendung der Sonne weg, legt die innere Korona in schwachem Gelb frei und dokumentiert eine Abfolge ungewöhnlicher Protuberanzausbrüche. Durch den Einsatz von zwei in präziser Formation fliegenden Raumfahrzeugen erzeugt Proba-3 künstliche Finsternisse, die es Instrumenten ermöglichen, jene Bereiche zu untersuchen, die sonst hinter der hellen Sonnenscheibe verborgen sind.
Die beiden Raumfahrzeuge von Proba-3 fliegen in präziser Formation etwa 150 m auseinander, um im All einen externen Koronagraphen zu bilden: Ein Raumfahrzeug verdunkelt die Sonne, damit das zweite die ansonsten unsichtbare Sonnenkorona untersuchen kann.
How Proba-3 forges an eclipse in orbit
Proba-3 ist eine experimentelle ESA-Mission, bestehend aus zwei kleinen Satelliten, die mit extrem hoher Lage- und Abstandsregelung in etwa 150 Metern Abstand zueinander operieren. Dieser Abstand wird mit Hilfe präziser Sensorik, relativer Navigationsverfahren und fein regelbarer Antriebssysteme eingehalten, sodass der vordere Satellit als Okkluder die Photosphäre der Sonne verdeckt, während der hintere Satellit das Instrument ASPIICS trägt. ASPIICS ist ein externer Koronagraph, der das schwache Licht der Korona aufnimmt, ohne durch direktes Sonnenlicht gestört zu werden. Man kann sich das vorstellen wie eine auf Abruf erzeugte totale Sonnenfinsternis – aber aus dem Weltraum, wiederholbar und kontrolliert, um die diffusen, äußeren Schichten der Sonnenatmosphäre sichtbar zu machen.
Diese Animation kombiniert Daten vom ASPIICS-Koronagraphen von Proba-3 (innere Sonnenkorona in Gelb) und von der Atmospheric Imaging Assembly (AIA) an Bord des NASA-Satelliten Solar Dynamics Observatory (Sonnenscheibe in dunklem Orange).
What the time-lapse shows: rare, fast prominence eruptions
Während eines konzentrierten Beobachtungsfensters am 21. September 2025 nahm ASPIICS ein Bild alle fünf Minuten auf und dokumentierte innerhalb von fünf Stunden drei klar unterscheidbare Protuberanzausbrüche. Protuberanzen sind Strukturen aus vergleichsweise kühlerem, dichterem Plasma, das über der Sonnenoberfläche schwebt und sich entlang magnetischer Feldlinien formt. Solche Strukturen können sich ausdehnen, zerreißen und schließlich eruptiv ausgetragen werden – dabei wird Materie in den interplanetaren Raum geschleudert. Mehrere Ausbrüche in so kurzer Folge sind selten; die Sequenz von Proba-3 fängt diese Dynamik mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung ein und ermöglicht damit detailreiche Analysen ihres Ablaufs.
„Die Korona ist extrem heiß, etwa zweihundertmal heißer als die Oberfläche der Sonne“, erklärt Andrei Zhukov vom Königlichen Observatorium von Belgien, Principal Investigator von ASPIICS. „Man beobachtet manchmal Strukturen aus relativ kaltem Plasma (also geladenem Gas) in der Nähe der Sonne – obwohl diese noch immer um die 10.000 °C haben, sind sie viel kühler als die Umgebung, die Millionen Grad heiß sein kann – und genau das nennen wir ‚Protuberanz‘.“ Diese gegensätzlichen Temperaturverhältnisse zwischen Protuberanzen und der millionenfach heißen Korona sind ein zentrales Thema der Sonnenphysik und bieten Hinweise auf die zugrunde liegenden magnetischen und thermischen Prozesse.
Why the corona appears yellow and what we learn from spectral filters
ASPIICS verwendet mehrere Filter und Spektrallinien, um die Emissionen bestimmter Elemente in der Sonnenatmosphäre isoliert zu beobachten. Die in dem Zeitraffer gezeigten Protuberanzen wurden in einer Helium-Spektrallinie aufgenommen, wodurch das eruptive Plasma in einem gelblichen Ton erscheint – ähnlich dem Eindruck, den ein Betrachter während einer totalen Sonnenfinsternis erhält, wenn er entsprechende Filter benutzt. Ergänzende Aufnahmen der Sonnenscheibe lieferte das Solar Dynamics Observatory (SDO) der NASA in einer anderen Helium-Linie, um Kontext zu den Koronagraph-Ansichten zu geben und so sowohl die großskalige Struktur als auch die lokale Entwicklung der Protuberanzen zu verbinden.
Das schwache gelbe Leuchten im Hintergrund ist nicht primär thermische Strahlung heißer Partikel, sondern gestreutes Sonnenlicht an freien Elektronen in der Korona – die sogenannte K‑Korona. Diese an Elektronen gestreute Helligkeit zeichnet subtil magnetische Strukturen und Dichtevariationen in der äußeren Sonnenatmosphäre nach, selbst wenn keine spektakulären Ausbrüche stattfinden. Die Analyse solcher Streulichtmuster erlaubt Rückschlüsse auf die Elektronendichte, auf magnetische Feldtopologien und auf die Verteilung von Plasma innerhalb der inneren Korona.
Filling a gap in solar observations
Beobachtungen von der Erde aus während totaler Sonnenfinsternisse bieten nur sehr kurze Einblicke in die innere Korona, und klassische Koronagraphen auf einzelnen Satelliten sind oft durch Beugungseffekte und Streulicht begrenzt. Die Doppel-Satelliten-Technik von Proba-3 ermöglicht es Wissenschaftlern hingegen, die innerste Korona kontinuierlich und mit hoher Genauigkeit abzubilden und damit eine seit langem bestehende Lücke in der Beobachtung zu schließen. Wiederholte künstliche Finsternisse liefern kontinuierlichen Zugang zu jener Zone, in der die Beschleunigung des Sonnenwinds beginnt, magnetische Umstrukturierungen stattfinden und die frühen Stadien von koronalen Massenauswürfen (CMEs) Gestalt annehmen.
Dieser konstante Zugriff ist entscheidend, um zu verstehen, wie lokale, kühlere Strukturen wie Protuberanzen mit der umgebenden millionen Grad heißen Korona interagieren und wie solche Wechselwirkungen als Keimzellen für größere Weltraumwetter-Ereignisse dienen können, die bis zur Erde reichen. Langzeitserien und Zeitrafferaufnahmen erlauben zudem statistische Untersuchungen – etwa der Häufigkeit, Geschwindigkeit und thermischen Entwicklung von Ausbrüchen – die für die Modellierung und Vorhersage von Weltraumwetter essentiell sind.
Mission and technology highlights
- Formation flying: Zwei Raumfahrzeuge halten ihre Relativpositionen auf wenige Meter genau mithilfe von Bord-Sensoren (z. B. optische Kameras, Laser- und RF‑Messungen), Navigationsalgorithmen und fein dosierbaren Triebwerken. Diese anspruchsvolle Ingenieursleistung ermöglicht die Konfiguration eines externen Koronagraphen im Orbit und demonstriert Schlüsseltechnologien für präzise Rendezvous- und Werkungsoperationen im Weltraum.
- ASPIICS-Instrument: Konzipiert, die Sonnenscheibe zu verdecken und das schwache Koronalicht mit mehreren Spektralfiltern abzubilden, deckt ASPIICS sowohl an Elektronen gestreutes Licht (K‑Korona) als auch Emissionslinien von Elementen wie Helium ab. Solche Messungen liefern Informationen über Plasmazusammensetzung, Dichteverteilungen und Temperaturstrukturen.
- Cadence and coverage: Die Bildfrequenz (in der gezeigten Sequenz ein Bild alle fünf Minuten) und die wiederholbaren Finsternisse erlauben Zeitrafferaufnahmen dynamischer koronaler Prozesse und bieten genügend zeitliche Abdeckung, um schnelle Veränderungen und wiederkehrende Muster zu erfassen. Durch Variation der Beobachtungsmodi lässt sich zudem ein Kompromiss zwischen räumlicher Auflösung, zeitlicher Auflösung und spektraler Abdeckung herstellen.
What this means for solar physics and space weather
Die Fähigkeit von Proba-3, die innerste Korona mit hoher Auflösung zu erfassen, hilft Wissenschaftlern, zu verfolgen, wie in der Nähe der Sonnenoberfläche gespeicherte magnetische Energie in kinetische Energie während von Ausbrüchen umgewandelt wird. Beobachtungen von Protuberanzausbrüchen liefern Daten, die Modelle zur Initiation und zur frühen Ausbreitung von CMEs verifizieren und verbessern können – ein kritischer Baustein für die Vorhersage von Weltraumwetter, das Satelliten, Kommunikationssysteme und Stromnetze auf der Erde beeinflussen kann.
Darüber hinaus trägt Proba-3 zu einer besseren Zuordnung räumlicher Skalen bei: Indem die wissenschaftlichen Teams hochkontrastige Bilder der inneren Korona mit Beobachtungen anderer Weltraumteleskope und bodengestützter Instrumente kombinieren, entsteht ein mehrschichtiges Bild von der Energie- und Materieübertragung in der Sonnenatmosphäre. Solche multiinstrumentellen Studien sind essentiell, um physikalische Prozesse wie magnetische Rekonnexion, Wellenheizung und partikuläre Beschleunigung in einen gemeinsamen Rahmen zu bringen.
Expert Insight
„Durch die kontinuierliche Abbildung der inneren Korona bietet Proba-3 ein neues Labor, um zu untersuchen, wie Protuberanzen destabilisiert werden und sich zu größeren Ausbrüchen entwickeln,“ sagt Dr. Maya R. El‑Amin, Astrophysikerin mit Schwerpunkt Heliophysik-Instrumentierung. „Die Kombination dieser hochkontrastigen Koronagraphenansichten mit Daten anderer Observatorien gibt uns ein mehrschichtiges Bild der Ausbruchsdynamik und verbessert unsere Vorhersagefähigkeiten.“
Während Proba-3 den Betrieb fortsetzt, werden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die gewonnenen Datensätze weiter auswerten, um Hinweise auf das Koronaheizungsproblem, die magnetische Topologie und die Auslöser eruptiver Ereignisse zu finden. Jede kontrollierte Finsternis bringt bislang verborgene Strukturen der Sonne ans Licht und treibt sowohl die grundlegende Heliophysik als auch die praxisorientierte Vorhersage von Weltraumwetter voran. Langfristig kann das Wissen aus Proba-3 dazu beitragen, Frühwarnsysteme zu verbessern, betroffene Infrastrukturen besser zu schützen und Raumfahrtmissionen resilienter gegen Sonnenaktivität zu machen.
Quelle: scitechdaily
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